Технологии энергетического использования биомассы

Основа биомассы – органические соединения углерода, которые в процессе соединения с кислородом при сгорании выделяют тепло. Особенность древесной биомассы как топлива состоит в том, что она в отличие от нефти, угля и природного газа имеет достаточно низкую теплотворную способность и высокую влажность. Присутствие влаги в топливе из биомассы часто ведет к значительным потерям выхода тепловой энергии, в связи с тем, что испарение воды требует значительных затрат энергии. В настоящее время биомасса преимущественно применяется в виде твердого топлива (дров, опилок, щепы, топливных гранул и пеллет), замещающего углеводородное сырье в котлах котельных и электростанций. Сравнительные энергетические характеристики различных видов биомассы представлены в таблице 2.2. Интенсивность горения топлива зависит от его химического состава, соотношения летучих газообразных компонентов и твердого углерода. В таблице 2.3 представлен химический состав соломы и древесной щепы. По составу и теплотворной способности древесина, солома и другие травянистые виды топлива (торф, костра и др.) в спрессованном и высушенном виде приблизительно одинаковы, у которых горючими составляющими, в основном, являются углерод и водород.

Таблица 2.2. Сравнительные энергетические характеристики различных видов биомассы

Вид биомассы

Влажность^*, %

Теплота сгорания, кВтч/кг

Объемная

плотность^*, кг/м³

Энергетическая

плотность, кВтч/м³

высшая^**

низшая^*

Древесные гранулы

10,0

5,5

4,6

600

2756

Древесная щепа твердых пород

50,0

5,5

2,2

450

1009

То же, просушенная^***

30,0

5,5

3,4

320

1094

Древесная щепа мягких пород

50,0

5,5

2,2

350

785

То же, просушенная^***

30,0

5,5

3,4

250

855

Трава^***

18,0

5,1

3,8

200

750

Кора

50,0

5,6

2,3

320

727

Хлебные злаки^***

15,0

5,2

4,0

175

703

Древесные опилки

50,0

5,5

2,2

240

538

Солома озимой пшеницы^****

15,0

5,2

4,0

120

482

Примечание: ^* Расчет по массе влажного сырья. ** Расчет по массе сухого сырья*** В виде сильно спрессованных брикетов**** Сушка проводилась на воздухе в течение 9 мес.

Индивидуальные отличия тех или иных видов биотоплива заключается в различном процентном содержании влаги, в способе получения, продолжительности хранения, подверженности естественной или искусственной сушке.

Торф, как ископаемое, от остальных видов топлива (древесина, травянистые растения) существенно отличается повышенным содержанием сернистых веществ и высокой зольностью. Характеристики и качество древесины, используемой в качестве топлива, варьируются в широких пределах в зависимости от вида древесины и типа предварительной обработки. Например, влажность топлива, подаваемого в топку, может составлять от 25 до 55 весовых % (влажная основа) (кора, отходы лесопильного производства) или менее 10 весовых % (гранулированное топливо, брикеты, отходы обработки сухой древесины).

Топливные свойства древесины определяются рядом характеристик, таких как теплота сгорания, химический состав (например, содержание таких элементов, как хлор (Cl), углерод (С), водород (Н), азот (N), водород (Н) и сера (S), влажность, твердость, количество летучих веществ, количество твердого углерода, содержание и состав золы, характеристики плавления золы, характеристики ошлакования золы, количество загрязняющих веществ, пыли, спор грибов.

Таблица 2.3. Химический состав соломы и древесной щепы

Химический состав, весовой-% при влажности 20%

Солома

Древесная щепа

Зола

4,5

1,0

Летучие

75-81

81

Водород

Н

5,9

5,8

Углерод

С

47,5

50

Азот

N

0,3–1,5

0,3

Сера

S

0,15

0,05

Хлор

а

0,4

0,02

Кремний

Si

0,8

0

Алюминий

А1

0,005

0

Железо

Fe

0,01

0,015

Кальций

Са

0,4

0,2

Магний

Mg

0,07

0,04

Натрий

Na

0,05

0,015

Калий

К

1,0

0

Фосфор

Р

0,08

0,02

Влагосодержание, %

10 -25

50 – 60

Топливную древесную щепу часто производят из различных пород деревьев с различным соотношением стволовой древесины, коры, листвы, ветвей, почек и даже шишек, содержание которых изменяет свойства топлива.